支持Top-k近邻关键词搜索的图结构可搜加密方案研究
这是一篇关于可搜索加密,Top-k近邻关键词搜索,图结构加密的论文, 主要内容为近年来,随着云存储服务技术的不断创新和快速发展,越来越多的数字设备用户选择将个人数据存储在云存储服务器上。然而,云端服务器的不可信可能会导致数据泄露等安全问题。为了解决这些问题,加密技术被广泛应用于云端数据存储中。具体而言,用户可以使用安全加密方法将数据加密后存储到云端服务器,用户可通过密钥进行数据的加解密,云端服务器无法知晓任何明文数据。尽管加密技术有效地保护了数据的安全性,但用户要想查找特定的数据,需要先下载所有数据,然后再进行解密。这个过程需要耗费大量的资源和时间。为此,可搜索加密(SE)技术应运而生。SE技术使用户可以通过简单输入几个关键词便可对云端数据进行查找。用户可以通过下载所需的数据并解密来获得云端服务器返回的查找结果。整个过程中,云端服务器无法访问任何明文信息。SE技术不仅保证了数据的安全性,还节省了资源和时间。然而,由于不同数据格式和使用环境的多样性,SE技术仍面临一些挑战。例如,如何对社交网络图进行搜索、如何提高数据查找的精确性以及如何针对关键词进行自定义范围的搜索等问题需要进一步研究和解决。为了深入研究图结构的可搜索加密,本文的主要研究内容如下:(1)针对社交网络图中的Top-k近邻关键词搜索问题,提出了基于关键词字典的安全索引构建与顶点距离索引的构建方案,该方案能够实现Top-k近邻关键词搜索。关键词字典返回所有包含用户输入关键词的顶点,顶点距离字典判断每个顶点的距离,返回距离最近的k个顶点给用户。经过实验和分析,该方法解决了社交网络图的Top-k近邻关键词搜索问题。(2)本文基于提出的方案,使用了Redis缓存与Springboot框架构建了Top-k近邻关键词搜索的原型系统。该系统实现了图结构数据加密、Top-k近邻关键词搜索和数据解密等功能,满足了用户对社交网络图Top-k近邻关键词搜索的需求。(3)使用真实社交网络图结构数据集进行实验测试,测试结果满足用户日常使用需求。
基于合数阶双线性对的公钥可搜索加密方案的研究与实现
这是一篇关于云存储,可搜索加密,合数阶双线性对,关键字猜测攻击,不可区分性的论文, 主要内容为在不断追求信息化的过程中,人们在日常生活和工作中产生和使用的数据量正爆炸式的增长,这直接导致了传统的存储方式已无法满足数据的存储需求,如何解决海量数据的存储和管理问题,成为人们的研究热点之一。云存储可有效的解决这些问题。云存储是云计算的一种应用模式,它不仅能够安全有效的存储海量数据,还能时刻的满足用户远程存储需求,因此越来越受到人们的关注。然而出于对数据信息的保密性的需求,人们往往会对数据进行加密后再上传到云端,但是传统的基于明文关键字的检索模型无法在密文下进行检索,这对云存储服务器如何快速的对加密数据进行检索提出了巨大的挑战。针对该问题,研究人员提出了可搜索加密的概念。可搜索加密是一种新的密码原语,它使云存储服务器能够直接检索数据密文,而无需知道关键字的内容和搜索的数据密文的内容,极大地提高了加密数据的检索效率,但是可搜索加密也存在安全性问题,它容易受到选择明文、关键字猜测等攻击。因此,设计出既可以提高检索效率又能保证数据安全性的可搜索加密方案,是密码学领域的研究热点之一。本文重点对基于合数阶双线性对的公钥可搜索加密方案进行研究和实现,具体工作如下:(1)对基于合数阶双线性对的可搜索加密方案的安全性进行研究与分析。对Xu等人和Li等人提出的两个基于合数阶双线性对的可搜索加密方案进行分析,结果表明两个方案均未考虑关键字陷门的不可区分性。而陷门的不可区分性是抗外部离线关键字猜测攻击的充分条件。因此,本文在Li等人方案的基础上提出了一个改进的可搜索加密方案,改进方案在与原方案拥有相当的计算复杂度和良好的密文、陷门尺寸的基础上,保证了陷门不可区分性,具有更好的安全性能。(2)设计了一个新的抗内部关键字猜测攻击的公钥可搜索加密方案。由于云存储服务器能执行测试算法并存储着用户隐私数据,一旦可搜索加密方案无法保证密文或陷门的不可区分性,恶意的云存储服务器就可通过内部关键字猜测攻击直接获取关键字信息。本文针对这一问题,设计了一个新的基于合数阶双线性对的公钥可搜索加密方案,该方案在保证密文和陷门的不可区分性的同时,拥有良好的密文、陷门尺寸,并通过仿真实验,证明了新方案拥有良好的计算效率,更好地满足用户的安全需求。(3)对改进的基于合数阶双线性对的可搜索加密方案进行实现。以工作(1)所提方案为核心,在租用的阿里云服务器上模拟云存储环境,利用Springboot框架和JPBC密码学包设计了一个可搜索加密系统。该系统不仅能满足用户文件上传、下载和管理等基本需求,还根据所提方案进行设计,确保了云存储服务器中存储的用户数据的安全性。除此之外,系统也提高了云存储服务器对加密数据的检索速率,从而能快速响应用户的查询请求。最后本文还对该系统进行了多次测试,分析了可搜索加密系统各方面的性能。
基于区块链的仓储管理云平台系统研究
这是一篇关于仓储管理,Hyperledger Fabric,访问控制,可搜索加密,仓储溯源的论文, 主要内容为随着现代产业链的发展,企业建立自己的采购管理仓库,并通过信息化技术进行采购仓储管理工作,能有效降低企业对第三方的依赖,保证企业供应链安全。企业采购仓储管理对系统安全提出了更高的要求,但采购过程中订单数量不大,人员相对固定,区块链技术在提高系统安全性的同时能够满足企业采购仓储管理服务的基本性能需求。本文设计并实现了基于区块链的仓储管理云平台系统。结合区块链的特性,为保证仓储管理系统的安全性,设计了一种基于区块链的角色权限仓储信息访问控制方案。为保证溯源数据的真实性和安全性,提出了一种基于非对称可搜索加密的仓储信息溯源方案。基于区块链的角色权限仓储信息访问控制方案采用数据库和区块链相结合的权限分级验证方式,综合平衡权限验证的效率和安全性。引入信任度计算来验证权限获取用户的安全性,引入时间约束来保证权限获取的动态性和加强权限获取的安全性。通过与其他方案分析对比,说明本方案具有权限管理的动态性和细粒度,能有效保证访问过程的安全性。基于非对称可搜索加密的仓储信息溯源方案使用链上链下存储相结合的方式,降低区块链存储压力,保证数据安全。除仓储溯源外的其他服务使用数据库服务器,保证系统性能。利用非对称可搜索加密技术,在区块链中搜索加密溯源索引数据,根据索引数据到IPFS服务器下载加密溯源数据,充分保证了溯源过程和仓储数据的隐私安全。对本方案进行分析,论证了其安全性,与类似方案相比时间复杂度有所降低。基于微服务架构,运用前后端分离的模式进行仓储管理系统开发。本系统主要分为用户管理模块、网格管理模块、权限管理模块、订单管理模块、溯源查询管理模块、统计分析模块等六个功能模块。采用Lay UI框架进行系统前端Web界面开发,采用Spring Boot和Mybatis框架整合进行系统后端开发。数据库使用的是My SQL,区块链使用的是Hyperledger Fabric联盟链框架,并搭建IPFS私有集群存储仓储溯源加密数据。本系统的主要性能瓶颈在于区块链的处理速度。本文部署的Fabric区块链的TPS在2000左右,能满足本系统所服务的小规模企业采购仓储管理服务的基本需求。
基于联盟链的医疗数据多方共享系统设计与实现
这是一篇关于数据共享,区块链,属性加密,可搜索加密的论文, 主要内容为在医疗健康领域下,信息科技的不断进步为数字化医疗系统带来了更多功能,进一步提升了患者的就医体验。与此同时,医疗健康数据的种类和规模都得到了明显增长,且对于监管和处理这类数据的机构而言,实现医疗健康数据在多个机构间的安全共享,能够在保证患者隐私数据安全的同时,充分发挥医疗数据的使用价值。因此,在多个机构之间安全共享医疗健康数据,是当今医疗信息领域内重要的研究内容之一。目前,医疗健康数据通常存储在医院内部的服务器上,一方面当对外共享内部数据时,必须经过严格的审批认证,在各机构之间共享数据困难,导致了 “数据孤岛”问题;另一方面,近年来医疗数据共享方案多数采用集中式密钥管理机构,该方法容易出现单点故障问题,降低了系统的整体性能,现有方案的安全性依然存在隐患。针对以上问题,本文设计并实现了基于联盟链的医疗数据多方共享系统,保障医疗健康数据在医疗、监管等多个机构之间的安全共享。本文具体的工作内容如下:(1)提出了联盟链辅助密钥生成的医疗数据共享方案。针对现有方案中授权机构存在单点故障的问题,本文首先设计将联盟链节点部署在多个医疗机构上,组成多方数据共享网络,再以智能合约作为系统的密钥生成中心,代替第三方授权机构负责生成系统密钥。然后,利用支持外包解密的属性可搜索加密算法,将预解密和密文检索任务外包给云服务,减轻了智能合约作为系统中心组件的计算负担。最后,分析结果表明,该方案在满足数据共享需求的同时,有效避免单个授权节点导致的单点故障问题,安全性和可行性都达到了预期效果。(2)提出了基于联盟链的医疗数据密文检索方案。针对海量医疗数据共享场景下密文检索效率低的问题,本文一方面设计了可搜索加密技术和倒排索引相结合的密文索引存储方式,将多个密文索引构造成倒排索引文件,数据使用者可直接在倒排索引文件上进行检索,从而无需遍历匹配全部密文。另一方面将医疗机构作为联盟链节点,组建数据共享网络,结合所提的密文索引存储方式,原始医疗数据先使用SM4算法加密,再将关键字构造成倒排索引文件和SM4密文一同存储到云服务器上,实现了数据的安全存储和密文检索。性能分析结果表明,在有限关键词空间下,当前方案有效提升了密文检索效率。(3)设计了基于联盟链的医疗数据多方共享系统。首先,结合所提的医疗数据共享方案和密文检索方案,对医疗数据共享系统需求进行了深入分析,总结了医疗数据共享系统的所需功能,当前共享系统需要具有数据共享、数据下载、数据搜索和区块链信息查看等功能。然后,设计了数据共享系统的整体架构,梳理了架构内部各层次之间的联系。最后,介绍了系统内各模块的详细设计,包括SM4算法结合属性加密的数据加密模块、IPFS下载结合本地解密的数据解密等模块。(4)实现了基于联盟链的医疗数据多方共享系统。该系统利用Fabric搭建了联盟链测试网络,使用Java语言实现了密钥管理的智能合约,结合IPFS与属性可搜索加密技术,实现了医疗数据在多个机构之间的安全共享。通过模拟用户共享医疗数据的场景,测试了系统内数据上传分享、数据下载使用、区块链信息查看和数据搜索等功能,测试结果表明本系统中的数据拥有者可对数据选择适当的关键字后进行加密共享,同时数据使用者可使用自己的访问控制密钥申请解密隐私数据,达到了数据在多方之间安全共享的设计目标。
基于区块链的安全数据交易系统设计与实现
这是一篇关于区块链,数据交易,属性加密,可搜索加密的论文, 主要内容为数据交易可以促进不同领域间的数据流动,让数据发挥出更大的作用。中心化的交易平台有着单点故障的风险,而区块链的出现,其去中心化的特点很大程度上减少了数据交易平台的单点故障风险,但数据交易仍然存在许多问题。首先是海量数据如何安全存储;其次是交易过程安全问题,如何确保交易双方不会抵赖交易事实和泄露隐私,以及确保安全地查找数据;最后是数据商品的访问控制问题,如何对访问控制权限进行授权和撤销。为了解决以上问题,本文提出了一个数据交易安全方案,主要工作贡献是:1)设计和实现了一个基于区块链的安全数据交易系统SDES。该系统通过采用IPFS分布式存储平台和设计存储适配层,将外部异构存储的待交易数据转化为统一的IPFS哈希值交易形式,解决了海量数据安全存储与区块链容量有限的问题,IPFS与区块链结合构造安全有效的链下存储。利用区块链的不可篡改性特点,将交易记录保存在区块链上,有效解决了数据交易方抵赖交易事实的问题。2)针对如何高效且安全查询数据,不泄露隐私的问题,本文提出了基于区块链的动态可搜索方案,改进了动态可搜索加密算法,将双索引结构改进为关键词和文件集一对多的存储形式,同时结合IPFS,实现了安全且快速查询和更新文件的目的。3)针对交易数据的访问控制问题,在SDES的业务基础上,采用了 CP-ABE属性加密方法,使得可以根据用户的身份属性标签进行细粒度授权,为了实现授权自动撤销的功能,对CP-ABE属性加密方法进行改进,提出了基于时间期限撤销权限的方案,通过设计授权期限密钥和用户属性密钥,使得用户可以根据时间期限自动撤销权限。4)基于以太坊区块链,本文实现了 SDES系统,并通过实验对比分析和安全性分析,验证了系统的安全性和具备的优势;同时,验证了基于区块链的动态可搜索加密方案具备更快速的查询效率和更新文件效率;基于CP-ABE的访问控制方案,可以正确实现根据时间期限加解密的功能,并且具备良好的加解密效率。
多用户多关键词可搜索加密方案的研究与设计
这是一篇关于云存储,可搜索加密,多用户,多关键词,用户授权的论文, 主要内容为随着大数据、云计算等技术的快速发展,数据的安全性变得尤为重要。为了确保数据的安全,数据拥有者在将数据上传到云服务器之前要对数据进行加密,且加密后的内容不具备明文的特性,即使攻击者获取到云端服务器的加密数据也不能从中得到任何明文与密钥相关的信息。云服务器可以对密文进行检索,这样既节省了本地的存储空间,又提高了数据隐私安全。可搜索加密技术的提出很好的解决了如何实现服务器对密文数据的高效检索问题。可搜索加密技术使得数据使用者在满足数据拥有者设定的条件下访问服务器中存放的密文数据,则其他无权限的数据使用者无法获得云服务器的加密数据。针对数据加密、数据存储以及数据检索的应用需求,对支持用户授权的可搜索加密方案开展了研究与应用探索,本文主要工作如下:(1)提出了一种新的基于身份的多用户多关键词可搜索加密方案。方案支持多用户授权,数据拥有者可以动态地增加或撤销数据使用者的访问权限。数据使用者将访问数据的检索请求发送给数据拥有者,数据拥有者产生陷门并发送给服务器,服务器检索之后把检索结果发送给数据使用者,此方案解决了关键词检索低效和陷门过大带来的问题。(2)设计了一个基于云储存的可搜索加密系统,并将提出的多用户多关键词可搜索加密方案应用于此系统中。该系统以数据加密为出发点,通过整合Spring Boot框架并结合Solr服务的特性完成对所有数据(如关键词、文献内容等)的加密、存储以及检索。系统的主要功能有文件管理、用户请求管理、数据使用者对数据的检索、数据内容加密、文件下载等。
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